专利名称：交流电探测线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流电探测线圈，其形成在绝缘基板上以对流经家用配电板等中的分支电路的电流实现非接触探测。
背景技术：
在图27和图28中显示了用于交流电探测的传统空心(air-core)传感器线圈(参见日本特开平HEI06-176947号)。在这些示意图中，传感器线圈100包括具有圆形开口101的双面多层板102(以下称为印制板)和置于开口101周围的线圈103。印制板102由包含玻璃的环氧树脂制成。线圈103具有径向印制的导体，在开口101周围并以其为中心；并且该线圈是通过经导电连接部分串联连接这些导体而形成的，所述导电连接部分包括通孔，换句话说，即在经过印制板102的厚度方向(即，线圈103的轴向)的穿通开口的内表面上形成的导电层。印制板102中的线圈以一定的间距(pitch)环绕两个方向缠绕，并且其包括沿由箭头104指明的顺时针方向缠绕的线圈105(以下称为正向线圈)，和沿由箭头106指明的逆时针方向缠绕的线圈107(称为反向线圈)。通过分别连接正向线圈105的末端和反向线圈107的首端(leader)来串联连接正向线圈105和反向线圈107。
在正向线圈105中，以粗实线指明在印制板102的正面上形成的导体，以粗虚线指明在印制板102的反面上形成的导体。在反向线圈107中，以双实线指明在印制板102的正面上形成的导体，以双虚线指明在印制板102的反面上形成的导体。在印制板102的正面和反面，分别以一定的间距交替设置正向线圈105中和反向线圈107中的导体。在正向线圈105中，具有不同长度的导体以一定的间距交替置于正面和反面；而且在反向线圈107中，以相同的方式，具有不同长度的导体以一定的间距交替置于正面和反面。正向线圈105中的导体的各间距在远离开口101的外侧相互连接，而反向线圈107中的导体的各间距在接近开口101的内侧相互连接。结果，当从垂直于印制板102厚度方向的方向观看正向线圈105和反向线圈107时，由各导体环绕的区域的面积依据它们的线圈间距而有所不同。此外，当从印制板102的厚度方向(轴向)观看正向线圈105和反向线圈107时，由各导体环绕的区域的面积也是不同的。
在具有这种特征的传感器线圈100中，使被探测的导体(电线)进入开口101，然后探测到感应电流，该感应电流是通过使由流经被探测导体的电流引起的磁通量经过由正向线圈105和反向线圈107中的导体环绕的横截面区域而产生的。为了增加探测灵敏度，有必要增加来自对正向线圈105和反向线圈107中的探测有用的探测磁场的感应电动势，以及优选情况是，在沿垂直于印制板102的表面切割的情况下，通过均等由正向线圈105和反向线圈107中的导体环绕的面积，来均匀地生成感应电动势。
但是，被正向线圈105和反向线圈107环绕的横截面面积依照它们的线圈间距而不同，因此损害了探测的灵敏度。具体地，随着传感器线圈更接近不需要被探测的电线，被正向线圈105和反向线圈107环绕的横截面面积之差对探测外部磁场产生影响。更具体地，当不需要被探测的电线接近正向线圈105和反向线圈107时，与其远离的情况相比，具有斜分量的磁通量相对增加。因此，依照由正向线圈105和反向线圈107环绕的横截面面积之差产生检测外部磁场的差别，因此削弱了对不必要磁场的消除效果。
此外，当从印制板102的厚度方向观看正向线圈105和反向线圈107时，除了从被探测导体产生的磁场(称为探测磁场)中的待探测磁通量以外，从不是被探测导体的电线产生的磁场(称为外部磁场)中的磁通量有时通过由正向线圈105和反向线圈107中的导体环绕的前表面。外部磁场对于原始电流探测是不必要的，并且来自外部磁场的被探测电流会引起探测误差。为了控制探测误差，来自外部磁场的不必要的探测电流应该通过均等由正向线圈105和反向线圈107环绕的各前表面来消除，每个正向线圈105和反向线圈107以彼此相反的方向缠绕。
但是，在上述传感器线圈100中，由正向线圈105环绕的前表面面积比由反向线圈107环绕的前表面面积大。因此，正向线圈105和反向线圈107不能完全抵偿由外部磁场产生的感应电流，从而难以控制探测误差。
还存在与上述传感器线圈类似的传感器线圈，并且当从轴向观看的时候，正向线圈是以锯齿图案形成的，而反向线圈是以三角形图案形成的，使得每个线圈的间距是均匀的(参见日本特开2004-87619号)。但是，即使在这种传感器线圈中，以与上述传感器线圈相同的方式，仍然无法充分消除来自外部磁场的负作用，因为由正向线圈和反向线圈环绕的各面积仍然不同。
发明内容
本发明旨在解决上述传统技术的问题，并且本发明的目的在于提供一种交流电探测线圈，其通过抵偿不需要被探测的外部磁场来提高探测精确度。
本发明提供了一种用于实现交流电的非接触探测的交流电探测线圈，其中所述交流电探测线圈是环形线圈，其包括多个径向线导体，其形成在绝缘基板的正面和反面上，以便从所述绝缘基板上设置的开口外缘向外辐射出去；多个导电连接部分和多个导电第一通孔，其沿圆周方向布置，分别与正面和反面上的径向线导体的每个末端的外侧或内侧中之一电连接；以及多个导电第二通孔，其分别与正面和反面上的径向线导体的每个末端的外侧和内侧中的另一侧电连接，其中多个绕组线匝，由分别通过所述导电连接部分以及所述第一和第二通孔连接正面和反面的每个径向线导体而连续地形成；所述多个绕组线匝包括沿一个方向缠绕的正向线圈和沿相反方向缠绕并且从正向线圈的末端连续回旋的反向线圈；正向线圈和反向线圈的每个绕组线匝交替设置在正面和反面；每个导电连接部分被定位为避免与正面和反而的下一个径向线导体接触，并且在正向线圈和反向线圈中所述径向线导体和正面和反面的所述导电连接部分的每个形状彼此相同。
根据本发明，当从绝缘基板的厚度方向观看时，由正向线圈和反向线圈环绕的面积是彼此相等的，使得来自设置于临近线圈的电线的不需要被探测的外部磁场产生的感应电动电流可以被抵消，因此，在探测交流电中的探测误差可以被减少。
优选地，每个导电连接部分具有通过第一通孔连接正面和反面上的径向线导体的每个末端的图案，并且正面的图案具有与反面的图案近似相等的长度，在它们之间带有通孔。
根据该组成结构，分别从正向线圈和反向线圈中的正面方向和横截面方向通过的外部磁场的各个量近似彼此相等，以便提高关于正向线圈和反向线圈之间外部磁场的消除精确度，并且可以减少电流探测误差。
根据本发明优选实施例的特征，可以设置更多径向线导体，因此可以增加线圈密度，以及提高探测精确度。另外，通过设置更多的连接部分可以获得相似的效果。
根据本发明优选实施例的特征，与传统技术相比，来自经过正向线圈和反向线圈的磁场的负作用可以被更加均匀化，从而提高对外部磁场的消除效果。
根据本发明优选实施例的特征，通过均等在形成正向线圈和反向线圈中的各线匝的两个径向线导体之间的每个线圈角度，正向线圈和反向线圈都是关于环形线圈的中心轴轴对称的，因此提高了关于外部磁场的、从正向线圈和反向线圈中的每个线匝生成的感应电动势的抵消效果。
根据本发明优选实施例的特征，小尺寸线圈可以校正线圈长度的不均匀，因此可以关于外部磁场均匀分布正向线圈和反向线圈，从而可以消除外部磁场。
根据本发明优选实施例的特征，当平面地观看绝缘基板的时候，由正向线圈和反向线圈环绕的各前表面面积是彼此相同的，因此可以以高精确度消除外部磁场的负作用。
根据本发明优选实施例的特征，当从正向线圈和反向线圈的各前表面方向观看，由正向线圈和反向线圈产生的感应电动势可以通过减少正向线圈和反向线圈的面积来减少，因此提高了关于由正向线圈和反向线圈生成的每个感应电动势的消除精确度。
虽然在所附权利要求书中提出了本发明的新颖特性，但根据结合附图的以下详细描述，将更好地理解本发明。
在下文中，将参考附图描述本发明。请注意，为了说明本发明或者其实施例的技术构思而显示全部附图，其中图1是根据本发明第一优选实施例的交流电探测线圈的平面图；图2是图1中部分A的放大图；
图3是正向线圈和反向线圈中各导电连接部分和径向线导体的图案图，其中放大了图1中的部分B和部分C；图4是显示第一优选实施例中由交流电探测线圈中的正向线圈和反向线圈形成的面积的示意图；图5A是显示第一优选实施例的透视图，图5B是图5A中部分D的放大图；图6A是第一优选实施例中正向线圈的图案图，图6B是图6A的横截面图，图6C是第一优选实施例中反向线圈的图案图，图6D是图6C的横截面图；图7是根据本发明第二优选实施例的交流电探测线圈的平面图；图8A是根据本发明第三优选实施例的交流电探测线圈的平面图，图8B是图8A中部分E的放大图；图9是根据本发明第四优选实施例的交流电探测线圈的平面图；图10是显示第四优选实施例中交流电探测线圈的修改实例的示意图；图11是显示第四优选实施例中其它交流电探测线圈的其它修改实例的示意图；图12是根据本发明第五优选实施例的交流电探测线圈的平面图；图13是显示第五优选实施例中交流电探测线圈的修改实例的示意图；图14是根据本发明第六优选实施例的交流电探测线圈的平面图；图15是图14中部分A的放大图；图16是显示第六优选实施例中由交流电探测线圈中的正向线圈和反向线圈形成的面积的示意图；图17A是第六优选实施例中修改实例的平面图，图17B是图17A中部分B的放大图；图18A是用于比较的第六优选实施例的图案图，图18B是第六优选实施例的其它修改实例的图案图；图19是第六优选实施例的其它修改实例的图案图；图20A是根据本发明第七优选实施例的交流电探测线圈的平面图，图20B是图20A中部分C的放大图；图21A是第七优选实施例的修改实例的平面图，图21B是图21A中部分D的放大图；图22A是第七优选实施例的其它修改实例的平面图，图22B是图22A中部分E的放大图；图23是根据本发明第八实施例的交流电探测线圈的平面图；图24是由本发明的交流电探测线圈探测到电流的框图；图25是图24中所示的交流电探测线圈的信号输出线图案部分的框图；图26是图25中所示的信号输出线图案部分的其它修改实例的框图；图27是传统交流电探测线圈的正面图；以及图28是图27中所示的交流电探测线圈的部分放大图。
具体实施例方式
参考图1到图6D，下面描述根据本发明第一优选实施例的交流电探测线圈。在图1和图2中，第一优选实施例的交流电探测线圈1(下文中称为探测线圈)包括作为线圈的非磁核心的平板状绝缘基板2(下文中称为基板)和在基板2上形成的环形(toroidal)线圈4。近似具有圆形形状的开口3形成在基板2的中心。环形线圈4具有在一个方向(逆时针方向)上缠绕的正向线圈5和在相反方向(顺时针方向)上缠绕且从正向线圈5的末端连续回旋的反向线圈6，并且正向线圈5和反向线圈6在一个基板2上双重地形成且彼此连续地串联连接。
正向线圈5和反向线圈6包括在基板2的正面和反面上从开口3径向地形成的多个径向线导体7，以规则的间距在圆周方向上延伸以电连接正面和反面的多个径向线导体7的连接部分8(8a和8b)，以及连续地电连接正面和反面的每个径向线导体7的通孔9。通孔9包括在外侧(远离开口3的一侧)的第一通孔9a、9c和9d以及在内侧(靠近开口3的一侧)的第二通孔9b。在圆周上以规则的间隔以相同的数量分别设置通孔9a、9b、9c和9d。
在本优选实施例中，在正面和反面的每个径向线导体7的外侧上，在正向线圈5的正面和反面的径向线导体7的每个末端通过每个连接部分8a和每个第一通孔9a而彼此连接，每个连接部分8a和每个第一通孔9a都与正面和反面上的每个径向线导体7连续。在每个径向线导体7的内侧，径向线导体7的每个末端通过每个第二通孔9b彼此相连。以这种方式，通过连接正面和反面上的每个径向线导体7形成连续的绕组线匝，并且通过连续地设置多个绕组线匝形成正向线圈5。
在正面和反面的每个径向线导体7的外侧上，在反向线圈6的反面的径向线导体7的每个末端通过每个第一通孔9c与正面的每个连接部分8b相连，并且正面的每个连接部分8b通过每个第一通孔9a与反面的每个连接部分8b相连，然后反面的每个连接部分8b与正面的径向线导体7的每个末端相连。在每个径向线导体7的内侧上，径向线导体7的每个末端通过每个第二通孔9b彼此相连。以与上述相同的方式，形成连续的绕组线匝，并且通过连续地设置多个绕组线匝形成反向线圈6。正向线圈5和反向线圈6的每个绕组线匝被交替设置在正面和反面上。而且，正向线圈5和反向线圈6的每一个线匝的每个间距是彼此相等地形成的。正向线圈5和反向线圈6被形成以在基板2的两面上具有彼此相同的线圈图案。在图1和图2中，以黑实线标记在基板2的正面的径向线导体7和连接部分8，并且以浅实线标记在反面的径向线导体7和连接部分8。基板2的形状不限于圆形，任何形状例如矩形等可应用于基板2以实现多种目的。上面描述的正向线圈5和反向线圈6的各组成部分可以彼此替换。
每个连接部分8(8a和8b)被定位(route)以避免与正面和反面的下一个径向线导体7接触。在正面和反面的每个连接部分8a和每个连接部分8b的中间位置上设置每个通孔9a。通过在正面和反面的每个通孔9a，正向线圈5和反向线圈6中的每个线圈彼此相连，正面的线圈具有与反面的线圈近似相等的长度，在其间带有通孔9a。
在通孔9中，通孔9c和9d关于连接通孔9a和9b的直线轴对称设置。关于在最外侧的通孔9a(在半径为R1的圆周上)以及通孔9c和9d(在半径为R2的圆周上)，优选情况是，最小化半径R1和R2之间的差，使得来自外部磁场的负作用被抑制，特别地，半径R1和R2之间的差应该小于等于一毫米(1mm)。
每个径向线导体7在基板2上形成为关于开口3的中心10近似对称，并且是以一定的间距均匀分布。包括径向线导体7和连接部分8的导体由铜箔制成并且形成在基板2上。铜箔可以通过对由例如包含玻璃的环氧树脂制成的双面印制板进行蚀刻而形成。
在电流探测的情况下，使被探测的导体进入开口3，然后探测线圈1探测感应电流，该感应电流是通过使由流经被探测导体的电流引起的磁场(探测磁场)的磁通量经过正向线圈5和反向线圈6的横截面区域而生成的。
接下来，参考图2描述在正向线圈5和反向线圈6之间的连接的细节。正向线圈5开始于第一径向线导体71，该第一径向线导体71与线圈引出端11a相连，然后其通过内侧的通孔9b、反面的径向线导体72、反面的连接部分8a、外侧的通孔9a和正面的连接部分8a而与下一个径向线导体73相连，然后正向线圈5以逆时针方向按照与上述相同的方式几乎环绕基板2缠绕，随后，通过最后径向线导体74和内侧的通孔9b，结束于反面的径向线导体75。然后，反向线圈6通过与径向线导体75连续的返回线76(连接点)开始。
反向线圈6通过通孔9d开始于正面的第一径向线导体77，该第一径向线导体77与返回线76相连，然后其通过通孔9b与反面的径向线导体78相连，此外，还通过通孔9c与正面的连接部分8b相连，而且，通过通孔9a与反面的连接部分8b相连。随后，反向线圈6以顺时针方向按照与上述相同的方式几乎环绕基板2缠绕，并且结束于最后径向线导体79，然后与线圈引出端11b相连。
以这种方式，正向线圈5和反向线圈6的每一个线匝的每个间距彼此相等地形成，并且分别以正向方向和反向方向缠绕正向线圈5和反向线圈6，从而以相同的方向电引导感应电动势。随后，关于流经正向线圈5和反向线圈6的横截面的磁通量，正向线圈5和反向线圈6探测在相同方向上的感应电流，并且关于来自垂直于基板2的方向的外部磁场，它们探测相反方向的感应电流。具体地，就探测线圈1来说，在整个环形线圈4中，关于来自被探测导体的探测磁场的探测电流是在正向线圈5和反向线圈6中生成的各感应电流的总和，使得能够获取与线匝的数量成比例的感应电流，并且关于不需要被探测的外部磁场，由正向线圈5和反向线圈6探测的感应电流之间的差被探测，然后消除感应电流。来自正向线圈5和反向线圈6的各探测电流是从线圈引出端11a和11b输出的。
接下来，参考图3描述在正向线圈5和反向线圈6中的每个连接部分8a和8b。以粗实线和细实线表示正面的正向线圈5和反向线圈6的图案，对应于正面的实线以虚线来表示反面的图案。
正向线圈5的每一个线匝是由正面的径向线导体7a、反面的径向线导体7b、连接部分8a和通孔9a构成的。连接部分8a具有正面的连接线L1和反面的连接线L2，并且彼此具有相同长度的连接线L1和L2分别与径向线导体7a和7b的末端12a和12b相连，并且连接线L1和L2通过通孔9a相连。因此，连接部分8a在正面和反面具有相同的图案。
相似地，反向线圈6的每一个线匝由反面的径向线导体7c、正面的径向线导体7d、连接部分8b和通孔9a、9c及9d构成。连接部分8b具有正面的连接线L3和反面的连接线L4，并且彼此具有相同长度的连接线L3和L4与通孔9c和9d相连，径向线导体7c和7d的末端分别与通孔9c和9d相连，并且连接线L3和L4通过通孔9a彼此相连。根据该组成结构，连接部分8a在正面和反面具有相同的图案。因此，如图3所示，从正向线圈5和反向线圈6的正面观看，区域S1和S2的面积彼此近似相等。
接下来，参考图4描述来自从线圈正面进入的外部磁场的负作用被正向线圈5和反向线圈6减小。当从轴向观看基板2时，由区域S1和S2来表示正向线圈5和反向线圈6的每一个线圈图案环绕的区域。区域S1被显示为由正向线圈5中正面和反面的径向线导体7a和7b以及连接部分8a环绕的阴影区。区域S2被显示为由反向线圈6中正面和反面的径向线导体7c和7d以及连接部分8b环绕的交叉阴影区。以实线和虚线交替表示的区域S3是正向线圈5和反向线圈6的公共区域。在探测线圈1中，径向线导体7和连接部分8被形成为在基板2的正面和反面上具有同样的形状，因此每一个线圈的正向线圈5和反向线圈6的图案面积彼此近似相等。
因此，当正向线圈5和反向线圈6中的各线匝数量是30时区域S1的面积×30线匝＝区域S2的面积×30线匝因此，由于外部磁场而从正向线圈5和反向线圈6生成的各感应电动势彼此相等，并且在彼此相反的方向上电引导各感应电动势，使得由于外部磁场而导致的探测线圈1中的感应电动势被消除。结果，提高了电流探测精确度和灵敏度。
接下来，参考图5A、图5B、图6A到图6D描述来自从正向线圈5和反向线圈6的横截面方向进入的外部磁场的负作用被正向线圈5和反向线圈6减小。在这些图中，以实线表示正面的线圈图案，并且以虚线表示反面的线圈图案。图6A到图6D显示了在沿着垂直于基板2的表面进行切割的情况下，正向线圈5和反向线圈6的图案示图。
如图5B中所示，关于正向线圈5和反向线圈6(其通过经过基板2的通孔9来连接径向线导体7和连接部分8而形成)，有必要不仅考虑来自线圈正面方向的外部磁场，而且考虑从线圈横截面方向进入的外部磁场。在外部磁场从与线圈正面倾斜的方向进入的情况下，倾斜进入的磁场(称为H)除了包括与线圈正面垂直的垂直分量Hy之外，还包括与线圈正面平行的水平分量Hx，因此，进入正向线圈5和反向线圈6的各横截面的外部磁场由于水平分量Hx而增加。在本优选实施例中，正向线圈5和反向线圈6的各横截面面积近似彼此相等，因此来自外部磁场的负作用在横截面方向也被抑制。
参考图6A到图6D，描述了正向线圈5和反向线圈6的横截面形状。图6A和图6B显示了正向线圈5的组成结构和正向线圈5的线圈线的横截面的图案示图。在图6A和图6B中，反面的径向线导体7b通过通孔9b、正面的径向线导体7a及末端12a与连接部分8a中的连接线L1相连。连接线L1通过通孔9a与连接部分8a中反面的连接线L2相连，然后通过末端12b与下一个线圈线匝中的径向线导体7b相连。结果，如图6A中的虚线箭头所示，形成了正向线圈5中的一个线圈，并且具有相同形状和长度的多个连接部分8a在正面和反面形成。
相似地，在图6C和图6D中，反面的径向线导体7c通过通孔9c与正面的连接部分8b中的连接线L3相连。然后，连接线L3通过通孔9a与连接部分8b中反面的连接线L4相连，然后通过通孔9d在正面与下一个线圈线匝中的径向线导体7d相连。结果，如图6C中的虚线箭头所示，形成了反向线圈6中的一个线圈，并且具有相同形状和长度的多个连接部分8b在正面和反面形成。
关于图6A到图6D中正向线圈5和反向线圈6的横截面，由径向线导体7a和7b、连接部分8a及通孔9a和9b环绕的横截面面积S4以及由径向线导体7c和7d、连接部分8b及通孔9b和9d环绕的横截面面积S5是彼此近似相等的，因为各径向线导体7a至7d和各连接线L1至L4在各线圈中近似具有相同的长度。因此，通过正向线圈5和反向线圈6提高了在线圈横截面中对于外部磁场的消除效果，并且更深地抑制了来自外部磁场的负作用。
如上所述，根据本优选实施例的探测线圈1，径向线导体和连接部分的形状在基板2的正面和反面相同；从正向线圈5和反向线圈6的正面方向观看，区域S1和S2的面积近似彼此相等；从横截面方向观看，横截面面积S4和S5近似彼此相等，使得分别从正向线圈和反向线圈中的正面方向和横截面方向通过的外部磁场各自的量能够近似彼此相等。因此，提高了对于在线圈之间的外部磁场的消除精确度，并且可以减少电流探测误差。具体地，对于由设置在线圈邻近的电线生成的外部磁场，探测精确度能够被进一步提高。在本优选实施例中，具有小于等于一毫米(1mm)厚度的线圈图案的印制板能够进行大于等于几十个毫安(mA)的电流测量，从而能够最小化探测线圈并提供技术优势。
接下来，参考图7描述根据本发明第二优选实施例的交流电探测线圈。在本优选实施例的探测线圈1中，在正面的正向线圈5和反向线圈6中彼此邻近的径向线导体7a与7d之间的各距离和在反面的正向线圈5和反向线圈6中彼此邻近的径向线导体7b与7c之间的各距离被缩短。
图7中，以粗实线和细实线表示正面的正向线圈5和反向线圈6的图案，对应于正面的实线以虚线表示反面的图案。
正向线圈5的每一个线匝由正面的径向线导体7a、反面的径向线导体7b、连接部分8a和通孔9a构成。连接部分8a具有正面的连接线L1和反面的连接线L2，并且具有相同长度的连接线L1和L2分别与径向线导体7a和7b的末端12a和12b相连，并且连接线L1和L2通过通孔9a相连。因此，连接部分8a在正面和反面上具有相同的图案。
相似地，反向线圈6的每一个线匝由反面的径向线导体7c、正面的径向线导体7d、连接部分8b及通孔9a、9c和9d构成。连接部分8b具有正面的连接线L3和反面的连接线L4，并且具有相同长度的连接线L3和L4分别与径向线导体7c和7d以及通孔9c和9d相连，并且连接线L3和L4通过通孔9a彼此相连。因此，连接部分8b在正面和反面上具有相同的图案。
此外，通过在正面上使径向线导体7a与径向线导体7d更接近，并通过在反面上使径向线导体7b与径向线导体7c更接近，缩短了相互邻近的径向线导体之间的各距离d1。因此，形成径向线导体7a和7d，使它们的线部分弯曲，以使它们彼此更接近。相同的方式可应用于径向线导体7b和7c。
以这种方式，如图7中的阴影区和交叉阴影区所示，从正向线圈5和反向线圈6的正面观看，可以通过缩小径向线导体之间的间隔，使面积S6和S7全部一起缩小，并且在正面和反面上近似具有彼此相似的形状。公共区域S3与上面所述的相同。优选情况是，使径向线导体之间的距离d1缩短，但是，由于印制板制造工艺的限制，应该最短近似为0.2mm。
如上所述，根据本优选实施例的探测线圈1，从正向线圈5和反向线圈6的正面方向观看，可以使面积缩小，因此可以减小对应于外部磁场从正向线圈5和反向线圈6生成的感应电动势，并且提高了对于从正向线圈5和反向线圈6生成的每个感应电动势的消除精确度。
接下来，参考图8A和图8B，描述根据本发明第三优选实施例的交流电探测线圈。在本优选实施例的探测线圈1中，在正向线圈5中的每个径向线导体7和每个导电连接部分8相连、以及没有形成通孔的区域中，设置连接盘(land)图案13a和13b，每一个连接盘图案13a和13b具有与通孔的连接盘相等的尺寸。
反向线圈6具有通孔9c和9d，每个连接部分8与每个径向线导体7在通孔9c和9d处相连，并且在通孔9c和9d上形成连接盘图案。因此，反向线圈6具有三个连接盘图案，即，通孔9c和9d的连接盘图案以及通孔9a的连接盘图案。
在正向线圈5中，在正面和反面上的连接部分8与径向线导体7之间不必连接，因此在正面和反面上的各连接部分8仅通过各通孔9a连接。因此，各连接部分8仅具有一个通孔和一个用于通孔的连接盘图案。因此，在本优选实施例中，通过设置连接盘图案13a和13b，正向线圈5具有三个连接盘图案。因此，正向线圈5具有与反向线圈6相同的引线图案组成结构。从线圈正面观看，该组成结构使正向线圈5和反向线圈6的线圈图案能够达到具有相同的形状，并且包括各通孔的连接盘图案。因此，可以使正向线圈5和反向线圈6上来自经过基板2的外部磁场的负作用均等，并且可以进一步提高消除效果。
接下来，参考图9、图10和图11，描述根据本发明第四优选实施例的交流电探测线圈。在本优选实施例的探测线圈1中，设置了正向线圈5和反向线圈6的正面和反面上的两个径向线导体7a和7b以及两个径向线导体7c和7d，其通过在基板2的开口侧上设置的各通孔9b分别相连，使得当从环形线圈4的正面观看两个径向线导体时，等分(bisect)这两个径向线导体之间角度(0)的线段Lc与圆14相切，该圆14具有预定的半径r1，且其圆心是与环形线圈4共中心的。
通过排列径向线导体，各线圈线匝关于探测线圈1的中心轴轴对称，使得线段Lc如上所述与圆14相切，因此提高了抵消由各线圈中每个线匝生成的感应电动势的效果，从而，可以减小外部磁场根据经过开口3的电线的位置和角度对探测精确度的负作用。
图10显示了上述实例的修改实例。在本修改实例中，上述圆14的半径被放大为与开口3近似相同大小的半径r2。在该组成结构中，线圈图案仍然关于探测线圈1的中心轴轴对称，因此扩展了图案设计的可能性。
图11显示了上述实例的另一修改实例。在本修改实例中，上述圆14的半径r是0，θ也是0。在该组成结构中，当从线圈的正面观看时，在正面和反面上具有共同的通孔9b的径向线导体7相互重叠。
接下来，参考图12和图13，描述根据本发明第五优选实施例的交流电探测线圈。本优选实施例的探测线圈1中，在正向线圈5或者反向线圈6的输出部分附近设置用于校正外部磁场的小尺寸线圈17。
在图12中，探测线圈1包括输出部分16，其在正向线圈5中的线圈引出端11a中具有引出线15a并在反向线圈6中的线圈引出端11b中具有引出线15b；和在形状上近似具有一个线匝的小尺寸线圈17，其被设置在基板表面上、在输出部分16中的引出线15a中该引出线15a与正向线圈5相连处的部分附近。小尺寸线圈17能够吸收输出部分16中长度的不均匀，例如不相等的线圈线。
在本优选实施例中，可以通过设计小尺寸线圈17来减小来自外部磁场的负作用，以在正向线圈5和反向线圈6中抵消来自外部磁场的负作用。
图13显示了上述输出部分16的修改实例。在输出部分16中，在线圈的横截面方向上设置在形状上近似具有一个线匝的小尺寸线圈18。小尺寸线圈18被形成为在引出线15a中该引出线15a与正向线圈5相连处的部分附近、沿线圈基板的横截面方向在形状上近似具有一个线匝。小尺寸线圈18由通孔18a、反面的连接线19a、连接线19a上的通孔18b和正面的连接线19b构成。
在本修改实例中，在正向线圈5和反向线圈6中输出部分16中线圈的横截面方向上的磁场不均匀的情况下，可以通过设计小尺寸线圈18来减小来自外部磁场的负作用，以抵消来自外部磁场的负作用。在上述修改实例中，描述了近似具有一个线匝的小尺寸线圈，但是，在存在来自外部磁场的大的负作用的情况下，具有多个线匝的小尺寸线圈也是可应用的。
参考图14到图16，描述根据本发明第六优选实施例的交流电探测线圈。本优选实施例的探测线圈1中的环形线圈4包括以与上述优选实施例相同的方式在基板2上形成的正向线圈5和反向线圈6，并且正向线圈5和反向线圈6由在基板2的正面和反面上径向地形成的多个径向线导体7、以规则的间距设置以与正面和反面上的多个径向线导体7相连的连接部分8、和将每个径向线导体7与正面和反面上每个连接部分8连续地电连接的通孔9构成。在以下示意图中，以实线表示正面的径向线导体7和连接部分8，以虚线表示反面的径向线导体7和连接部分8。通孔9包括远离开口3的一侧上的第一通孔9a和接近开口3的一侧上的第二通孔9b，并且分别以规则的间隔在圆周上数量相等地设置通孔9a和9b。
参考图15，描述在正向线圈5与反向线圈6之间连接的细节。正向线圈5开始于与线圈引出端11a相连的第一径向线导体71，然后其通过在内侧的通孔9b、在反面的径向线导体72、在外侧的通孔9a和正面的连接部分8与下一个径向线导体73相连，然后正向线圈5以逆时针方向按照与上述相同的方式几乎环绕基板2缠绕，随后，通过最后的径向线导体74和内侧的通孔9b结束于反面的径向线导体75。然后，反向线圈6通过连续于径向线导体75的返回线76(连接点)开始。
反向线圈6在外侧通过与返回线76相连的通孔9a开始于第一径向线导体77，然后其通过通孔9b与反面的径向线导体78相连。反向线圈6以顺时针方向按照与上述相同的方式几乎环绕基板2缠绕，并且结束于最后的径向线导体79，然后通过通孔9a与线圈引出端11b相连。
以这种方式，彼此相等地形成正向线圈5和反向线圈6的每一个线匝的每个间距，并且正向线圈5和反向线圈6分别以前向方向和后向方向缠绕，使得感应电动势在相同的方向被电引导。随后，正向线圈5和反向线圈6关于经过正向线圈5和反向线圈6的横截面的磁通量探测在相同方向的感应电流，并且它们关于来自垂直于基板2的方向的外部磁场探测在相反方向的感应电流。
图16显示了通过正向线圈5和反向线圈6减少来自外部磁场的负作用，并且由于其与上述图4具有相似的组成结构而省略该描述。
接下来，参考图17A和图17B，描述根据上述优选实施例的探测线圈1的修改实例。本修改实例的探测线圈1与上述探测线圈1的不同之处在于，连接部分8被设置在接近基板2中的开口3的内侧，并且在正向线圈5和反向线圈6之间的连接点(返回线)76也被设置在内侧。根据这样的组成结构，基板2可以被最小化，因为连接部分8被设置在接近开口3的一侧，因此可以最小化整个线圈，而且可以获得与上述相似的效果。
接下来，参考图18A和图18B，描述另一修改实例。在上述优选实施例中，连接正面和反面上线圈的通孔被连续地设置在一个圆周上，但是，在这里所示的修改实例中，通孔被规则地设置在两个圆周上，这两个圆周是具有不同半径的同心圆。
如图1 8A中所示，在通孔9m和9n被设置在一个圆周上的情况下，设置在圆周上的通孔的连接盘数量取决于通孔的每个连接盘的尺寸，因此存在将被设置在圆周上的连接盘数量的限制。因此，还限制了线圈的缠绕数量。另一方面，如图18B中所示，在本修改实例的探测线圈1中，每个通孔9m被均匀地设置在基板2中的圆周1a上，并且每个通孔9n被设置在与圆周1a共圆心的圆周1b上，而且，每个通孔9m和9n被以Z字形的方式紧密设置但是彼此不重叠。根据该组成结构，可以增加通孔的连接盘的数量，并且可以增加线圈的缠绕数量，因此可以提高电流探测灵敏度。另外，优选情况是，将圆周1a和1b设置为彼此邻近。
图19中还显示了另一修改实例。在本修改实例中，连接在正面和反面上的线圈的通孔被规则地设置在三个圆周上，这三个圆周是具有不同半径的同心圆。换句话说，每个通孔9m被设置在与基板2中的开口3同圆心的外圆周1a上，而每个通孔9n被规则地设置在具有比圆周1a更小圆周的圆周1b和具有比圆周1a更大圆周的圆周1c上。每个通孔9m和9n以Z字形方式被紧密地交替设置，但是不相互重叠。通过在三重圆周上设置通孔9m和9n还可以增加通孔的连接盘数量。因此，可以增加线圈的缠绕数量，而且可以提高电流探测灵敏度。
接下来，参考图20A和图20B，描述根据本发明第七优选实施例的交流电探测线圈。本优选实施例的探测线圈1与上述优选实施例的不同在于，在基板2的正面和反面上的径向线导体7被设置在这样的位置，以使其在正面和反面之间彼此重叠。
通过各通孔9电连接各径向线导体7和设置在接近开口3的内侧的各连接部分8，来形成探测线圈1的环形线圈4中的各线圈。当从基板2的厚度方向观看时，在基板2的正面和反面上形成的径向线导体7(71到79)对称地形成在使得彼此相互重叠的位置上。连接部分8从连接于内侧的径向线导体7的末端的通孔9b在圆周方向上延伸，并且以一定的间距设置在内侧，然后电连接各多个径向线导体7。均匀地在基板2中的开口3的中心10周围形成环形线圈4中的导体，以近似关于中心10对称。反面的径向线导体7重叠正面的径向线导体7，因此反面的径向线导体7在图20A和图20B中没有显示。
根据这样的组成结构，当从轴向观看正向线圈5和反向线圈6时，几乎没有由在正向线圈5和反向线圈6的正面和反面的径向线导体7环绕的面积。因此，当从轴向观看正向线圈5和反向线圈6的线圈图案时，各面积可以是相同的和最小的。因此，可以最小化和抵消由外部磁场引起的引导电流(leadcurrent)。因此，可以减少来自外部磁场的负作用，并且可以提高电流探测精确度。
接下来，参考图21A和图21B，描述上述优选实施例的修改实例。本修改实例与上述的不同在于，连接部分8被设置在远离基板2中的开口3的外侧，并且在正向线圈5和反向线圈6之间的连接点(返回线)76也被设置在外侧。
通过各通孔9电连接各径向线导体7和设置在远离开口3的外侧的各连接部分8，来形成各正向线圈5和反向线圈6。均匀地在基板2中的开口3的中心10周围形成正向线圈5和反向线圈6中的导体，以近似关于中心10对称。
可以通过将连接部分8设置到具有大放置面积的基板2的外侧，来设置更多的连接部分8，并且可以增加径向线导体7。因此，可以提高线圈密度和探测灵敏度。
接下来，参考图22A和图22B描述另一附加修改实例。在本修改实例中，在没有设置线圈图案的开放空间(open space)中设置具有相同电势的图案，该图案与线圈输出信号的参考电势侧相连。
在由径向线导体7和连接部分8形成的线圈图案没有在探测线圈1的基板2上设置的开放空间中，设置在保持与线圈图案电绝缘的同时具有相同电势的金属图案12。设置了金属图案12，以在没有尽可能宽地在基板2的一面或者正面和反面中设置线圈图案的开放空间中具有相同的电势。该金属图案12与线圈输出信号的参考电势端(即，例如，接地电势端)相连。
通过以这种方式在基板2的图案中的开放空间中设置具有参考电势的金属图案12，来自被探测电流被导入的电线与线圈之间的静电噪声的负作用可以减少。这种组成结构可以消除诸如用金属护罩遮盖线圈或者用护罩金属片遮盖线圈层叠板的防护过程，并且作为额外组件的护罩金属片变为不必要的，因此可以获得成本降低。
接下来，参考图23描述根据本发明第八实施例的交流电探测线圈。在本优选实施例的探测线圈1中，线性地形成径向线导体7和连接基板2中各径向线导体7的连接部分8A。
在探测线圈1中，通过通孔9电连接每个径向线导体7和设置在远离开口3的外侧上的每个连接部分8A，来形成正向线圈5和反向线圈6。每个连接部分8A被定位(route)为矩形线性形状，以避免与下一个径向线导体7(71到79)接触，并且在基板2中的开口3的中心10周围均匀地形成由连接部分8A和径向线导体7形成的线圈图案，以关于中心10近似对称。
如上所述，通过线性形成连接部分8A，除通孔的连接盘图案外，线性形成由连接部分8A和径向线导体7形成的线圈图案。因此，组成在基板2的正面和反面的线圈图案，以具有高精确度的相同形状。因此，从轴向观看，正向线圈5和反向线圈6的面积可以被均等，以便提高对来自外部磁场的负作用的消除效果，并且可以高精确度地执行电流探测。此外，可以以线性形状来形成线圈图案，使得能够容易和准确地排列它们。
接下来，参考图24到图26描述本发明的交流电探测线圈中的信号处理器的信号输出和实施例。如图24所示，通过信号输出线图案部分20，探测线圈1中的线圈引出端11a和11b与信号处理器30相连。该信号处理器30包括积分电路31，其将具有从探测线圈1中的线圈引出端11a和11b输出的微分波形的感应电压转换为电流波形；和放大电路32，其放大来自积分电路31的输出，并由来自积分电路31的输出电流33来测量电流。探测线圈1和信号处理器30的输入端之间的连接线通常受到外部磁场的作用，其可以引起线圈电流探测中的探测误差。因此，图25中所示的信号输出线图案部分20用于连接线。信号输出线图案部分20具有交替穿越双面印制板20a的正面和反面的布线图案，因此输出布线具有扭绕(twist)(交叉)结构。
上述的布线图案由信号线21和GND线22构成。通过通孔23，信号线21和GND线22分别连续地彼此相连，在双面印制板20a的正面和反面上多次彼此交叉。以这种方式，在信号现21和GND线22上执行图案制定，使得它们利用通孔23在正面和反面交替地彼此交叉，因而它们具有扭绕结构。以实线和虚线表示印制板20a的正面和反面上的信号线21，以粗实线和粗虚线表示正面和反面上的GND线22。信号输入端21a和接地输入端22a与线圈引出端11a和11b分别相连，并且在下一级中，信号输出端21b和接地输出端22b与信号处理器30相连。
两个输出线，即信号线21和GND线22，具有上述扭绕结构，因此即使在接收外部磁力时，也可以在信号线21和GND线22之间消除外部磁力的负作用。因此，可以减少在线圈引出端11a和11b与信号处理器30之间的连接线上的外部磁场的负作用，然后可以减小电流探测误差。另外，如果扭绕的数量增加，可以进一步减少外部磁场的负作用。而且，当在一个印制板上合并具有信号输出线图案部分20的探测线圈1和信号处理器30时，可以获得小尺寸的小型传感器线圈。
接下来，图26显示了信号输出线图案部分20的另一实例。在信号输出线图案部分20中，当从印制板20a的厚度方向上观看时，信号线21和GND线22在正面和反面相互重叠。
换句话说，在信号线21和GND线22上执行图案制定，使得GND线22被设置在正面的信号线21的反面，信号线21被设置在正面的GND线22的反面，从而它们在正面和反面彼此重叠。上述在正面和反面的各布线图案通过通孔连接。以实线和虚线表示印制板20a的正面和反面上的信号线21，以粗实线和粗虚线表示正面和反面的GND线22。
通过使用具有这种组成结构的信号输出线图案部分20，由任何方向上的磁场引起的，在正面形成图案的信号线21和GND线22之间生成的感应电动势，和在反面的信号线21和GND线22之间生成的感应电动势，可以彼此抵消，从而可以抑制磁力影响。因此，在线圈引出端11a和11b与信号处理器30之间的连接线上的外部磁场的负作用可以被减少。此外，可以减少通孔的数量，从而能够通过最小化通孔的数量来去除外部磁场的负作用。
本发明不限于上述优选实施例的组成结构，而是可以应用多种修改。例如，在上述多种优选实施例中，使用印制板来形成线圈，但是，任何不是印制板的组件，只要其形成线圈，都是可应用的。
另外，本申请基于日本专利申请号2005-348941，并且将该专利申请的内容以参考文件的形式并入本申请。
权利要求
1.一种交流电探测线圈，用于实现交流电的非接触探测，其中所述交流电探测线圈是环形线圈，其包括多个径向线导体，其形成在绝缘基板的正面和反面上，以便从所述绝缘基板上设置的开口外缘向外辐射出去；多个导电连接部分和多个导电第一通孔，其沿圆周方向布置，分别与正面和反面上的径向线导体的每个末端的外侧或内侧中之一电连接；以及多个导电第二通孔，具分别与正面和反面上的径向线导体的每个末端的外侧和内侧中的另一侧电连接，其中多个绕组线匝，由分别通过所述导电连接部分以及所述第一和第二通孔连接正面和反面的每个径向线导体而连续地形成；所述多个绕组线匝包括沿一个方向缠绕的正向线圈和沿相反方向缠绕并且从正向线圈的末端连续回旋的反向线圈；正向线圈和反向线圈的每个绕组线匝交替设置在正面和反面；每个导电连接部分被定位为避免与正面和反面的下一个径向线导体接触，并且在正向线圈和反向线圈中所述径向线导体和正面和反面的所述导电连接部分的每个形状彼此相同。
2.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中每个导电连接部分具有通过所述第一通孔连接正面和反面上的所述径向线导体的每个末端的图案，并且正面和反面的图案具有近似彼此相等的长度，并且在它们之间带有通孔。
3.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中所述正向线圈和反向线圈的每一个线匝的每个间距形成为彼此相等。
4.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中所述第一和第二通孔以规则的间距设置在圆周上，以所述开口的实质中心为圆心环绕。
5.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中所述导电连接部分设置在所述径向线导体的外侧上。
6.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中在所述正向线圈中的每个径向线导体和每个导电连接部分相连而没有形成所述通孔的位置上设置连接盘图案，每一个连接盘图案都具有与所述第一通孔的连接盘相等的尺寸。
7.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中设置在所述正面和反面上彼此邻近的两个径向线导体，使得等分所述两个径向线导体之间角度的线段和与环形线圈共圆心的圆相切。
8.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中在至少一个引出线上设置吸收正向线圈与反向线圈之间的不均匀的小尺寸线圈，所述引出线从正向线圈和反向线圈中的各引出端延伸。
9.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中从平面图上看，正面和反面的各径向线导体设置在彼此重叠的位置上。
10.如权利要求1所述的交流电探测线圈，其中彼此邻近的正向线圈和反向线圈中的各径向线导体分别紧密地设置在正面和反面上。
全文摘要
交流电探测线圈是环形线圈，并且包括在基板正面和反面上形成的多个径向线导体、电连接径向线导体的每个末端的导电连接部分和导电通孔，其中通过分别连接正面和反面上的每个径向线导体来连续地形成多个绕组线匝，绕组线匝包括正向线圈和反向线圈，并且径向线导体和导电连接部分的正面和反面上的每个形状彼此相同。因此，当从基板的厚度方向上观看时，正向线圈和反向线圈的面积彼此相等，并且不需要被探测的外部磁场可以通过正向线圈和反向线圈彼此抵消，从而可以提高电流探测精确度。
文档编号H01F38/28GK1988076SQ20061016376
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月4日 优先权日2005年12月2日
发明者盐川明实, 岩见英司, 市村安男, 石桥昭宏, 吉村一成 申请人:松下电工株式会社